材料成型測試技術

Test&MeasurementTechnologyinMaterialsprocessing

王紅霞材料加工系材料成型測試技術

Test&MeasurementTe1第一章測試技術概述1.1測試技術的作用與意義1.2測試技術的基本概念1.3非電量電測裝置的組成及特性1.4參數檢測方法6學時2第一章測試技術概述1.1測試技術的作用與意義6學時22歷史時代：手工化機械化自動化信息化生產方式：人與簡單工具動力機與機械自動測量控制智能機械裝置第一章測試技術概述1.1測試技術的地位和作用1.

信息化是科學技術發展的必然……3歷史時代：手工化機械化自動化信息化生產方式：人與簡單工具動力3

人與機器的機能對應關系：1.1、測試技術的地位和作用4人與機器的機能對應關系：1.1、測試技術的地位和作用442.信息流是客觀世界的一個主流物料流能流信息流客觀世界1.1測試技術的地位和作用52.信息流是客觀世界的一個主流物料流客觀世界1.1測試5信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…信息獲取是信息流的一環1.1測試技術的地位和作用6信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…信息獲取是信息流的一環1.6

獲取信息是儀器科學的基本任務儀器儀表是信息產業的重要組成部分儀器儀表是信息工業的源頭1.1測試技術的地位和作用7獲取信息是儀器科學的基本任務1.1測試技術的地位和作用773測試儀器儀表的作用1.1測試技術的地位和作用工業生產倍增器科學研究先行官社會物化法官軍事戰斗力83測試儀器儀表的作用1.1測試技術的地位和作用工業生81.1測試技術的地位和作用工業生產倍增器測試技術是帶動國民經濟增長的一個關鍵領域在美國：檢測技術占4%，拉動經濟增長66%91.1測試技術的地位和作用工業生產倍增器測試技術是帶動國民9檢測技術在工業生產領域的應用1.1測試技術的地位和作用在線檢測：零件尺寸、產品缺陷、裝配定位….10檢測技術在工業生產領域的應用1.1測試技術的地位和作用在線檢101111111.1測試技術的作用和地位檢測技術在工業生產領域的應用離線檢測：零件參數、尺寸與形位公差、品質參數作用：現代工程裝備中，

檢測環節的成本約占

50~70%121.1測試技術的作用和地位檢測技術在工業生產領域的應用1212測試技術在汽車中的應用日新月異1.1測試技術的作用和地位發動機：向發動機的電子控制單元（ECU）提供發動機的工作狀況信息，對發動機工作狀況進行精確控制溫度、壓力、位置、轉速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車傳感器：汽車電子控制系統的信息源，關鍵部件，核心技術內容普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數量可多達二百余只。

底盤：控制變速器系統、懸架系統、動力轉向系統、制動防抱死系統等車速、踏板、加速度、節氣門、發動機轉速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等13測試技術在汽車中的應用日新月異1.1測試技術的作用和地位發動13141414測試技術在日常生活中的應用與日俱增1.1測試技術的作用和地位

家用電器：數碼相機、數碼攝像機：自動對焦---紅外測距傳感器數字體溫計：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動感應燈：亮度檢測---光敏電阻空調、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風：話音轉換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管辦公商務：可視對講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數據：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管醫療衛生：電子血壓計：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器15測試技術在日常生活中的應用與日俱增1.1測試技術的作用和地位151.1測試技術的作用和地位科學研究的先行官諾貝爾獎獲得者R.R.Ernst說“現代科學的進步越來越依靠尖端儀器的發展”俄國化學家門捷列夫指出“科學是從測量開始的”近80年來，與科學儀器密切相關的諾貝爾獎獲得者達38人161.1測試技術的作用和地位科學研究的先行官諾貝爾獎獲得者R161.1測試技術的作用和地位軍事戰斗力1991年海灣戰爭精確制導炸彈和導彈占8%2003年伊拉克戰爭90%1994年美國防部建立自動測試系統執行局立體作戰171.1測試技術的作用和地位軍事戰斗力1991年海灣戰爭171.1測試技術的作用和地位測試技術在軍事上的應用美軍研制的未來單兵作戰武器---OICW夜視瞄準機系統：非冷卻紅外傳感器技術激光測距儀：可精確的定位目標。在發射20毫米高爆彈時，激光測距儀可將目標的距離信息自動傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設定引爆時間。181.1測試技術的作用和地位測試技術在軍事上的應用美軍研制的未18美國國家導彈防御計劃---NMD1.1測試技術的作用和地位測試技術在國防領域的應用1.地基攔截器2.早期預警系統3.前沿部署(如雷達）4.管理與控制系統5.衛星紅外線監測系統監測系統:探測和發現敵人導彈的發射并追蹤導彈的飛行軌道；攔截器：能識別真假彈頭，敵友方19美國國家導彈防御計劃---NMD1.1測試技術的作用和地位測19測試技術在航天領域舉足輕重1.1測試技術的作用和地位飛行器測控---檢測飛行器姿態、發電機工況，控制與操縱

火箭測控---檢測火箭狀況、姿態、軌跡

20測試技術在航天領域舉足輕重1.1測試技術的作用和地位飛行器測201.1測試技術的作用和地位“阿波羅10”：火箭部分---2077個傳感器飛船部分---1218個傳感器，檢測參數---加速度、溫度、壓力、振動、流量、應變、聲學、神州飛船：185臺（套）儀器裝置211.1測試技術的作用和地位“阿波羅10”：火箭部分---20211.1測試技術的作用和地位“物化法官”檢查產品質量監測環境污染識別指紋假鈔查服違禁藥物偵破刑事案件221.1測試技術的作用和地位“物化法官”檢查產品質量監測環221.1測試技術的作用和地位……教學實驗、氣象預報、大地測繪、災情預報、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農輕重、海陸空231.1測試技術的作用和地位……教學實驗、氣象預報、大地測繪、231.2測試技術的基本概念一、測量

測量是以確定量值為目的的一系列操作。即用專門的設備或技術工具通過實驗或必要的數學處理求得被測量的量值的過程。

測量也就是將被測量與同種性質的標準量進行比較確定被測量對標準量的倍數。它可由下式表示:或（1-1）（1-2）

式中：x——被測量值;

u——標準量,即測量單位;

n——比值（純數）,含有測量誤差。241.2測試技術的基本概念一、測量測量是以確24二、標準——真值1.2測試技術的基本概念

真值：被測量在一定條件下客觀地存在的數值，或者與被測量比較的標準量的數值。2、約定真值（規定真值）根據國際計量委員會通過并發布的各種物理參量單位的定義，利用當今最高科學技術復現的這些實物單位基準，其值被公認為國際或國家基準，稱為約定真值。例如：長度單位米（m）規定為光在真空中1/299792458秒內所走過的路程。1、理論真值也稱絕對真值，一個量嚴格定義的理論值。例如π，就是一個定義值（不能量知，只能逼近）3、相對真值如果高一級檢測儀器(計量器具)的誤差僅為低一級檢測儀器的誤差的1/3～1/10，則可認為前者是后者的相對真值。25二、標準——真值1.2測試技術的基本概念真值：被測量在一25

標稱值計量或測量器具上標注的量值，稱為標稱值。

示值

檢測儀器（或系統）指示或顯示（被測參量）的數值叫示值，也叫測量值或讀數。1.2檢測的基本概念26標稱值1.2檢測的基本概念2626三、誤差及其分類1.2檢測的基本概念1、測量誤差的定義

檢測系統(儀表)不可能絕對精確，測量原理的局限、測量方法的不盡完善、環境因素和外界干擾的存在以及測量過程可能會影響被測對象的原有狀態等，也使得測量結果不能準確地反映被測量的真值而存在一定的偏差，這個偏差就是測量誤差，也就是測量時實際測量值與真值之間的差值。

2、誤差分類：按誤差性質分：（1）系統誤差：測量過程中，數值大小、正負號固定不變或按一定規律（線性、周期性等）變化的誤差鐘擺夏天為什么變慢？27三、誤差及其分類1.2檢測的基本概念1、測量誤差的27（2）隨機誤差：誤差數值大小，符號正負在相同條件下重復測量中，每次都不能準確預測。時鐘的周期與鐘擺長度的方根成正比，冬天冷，鐘擺長度變小，周期變小也就是頻率增大，就變快了。（3）過失誤差：由于人為原因或外界干擾造成的。存在隨機誤差的測量結果中，雖然單個測量值誤差的出現是隨機的，既不能用實驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數隨機誤差都服從正態分布規律。28（2）隨機誤差：誤差數值大小，符號正負在相同條件下重復測量中28按照儀器示值分：三、誤差及其分類(1)絕對誤差檢測系統的測量值X與被測量的真值A0之間的代數差值δ稱為檢測系統測量值的絕對誤差：(2-1)

式中，真值可為約定真值，也可是由高精度標準器所測得的相對真值。絕對誤差說明了系統示值偏離真值的大小，其值可正可負，具有和被測量相同的量綱單位。δ=|X-A0|29按照儀器示值分：三、誤差及其分類(1)絕對誤差(2-1)29三、誤差及其分類(2)相對誤差檢測系統測量值的絕對誤差δ與被測參量真值A0的比值，稱為檢測系統測量的相對誤差δ，常用百分數表示：(2-4)一般來說相對誤差值越小，其測量精度就越高。相對誤差是一個量綱為1的量。30三、誤差及其分類(2)相對誤差(2-4)30三、誤差及其分類(3)引用誤差檢測系統測量值的絕對誤差δ與系統量程L之比值，稱為檢測系統測量值的引用誤差D。引用誤差D通常仍以百分數表示：(2-5)比較式(2-5)和(2-4)可知：在D的表示式中用量程L代替了真值A0。31三、誤差及其分類(3)引用誤差(2-5)比31三、誤差及其分類(4)最大引用誤差(或滿度最大引用誤差)所有測量值中最大絕對誤差(絕對值)與量程的比值的百分數，稱為該系統的最大引用誤差，由符號Dmax，可表示：（2-6）最大引用誤差是檢測系統（儀表）的基本誤差，是檢測系統的最主要質量指標，能很好地表征檢測系統（儀表）的測量精確度。32三、誤差及其分類(4)最大引用誤差(或滿度最大引用誤差)32三、誤差及其分類儀表精度等級是根據引用誤差來確定的。例如,0.5級表的引用誤差的最大值不超過±0.5%，1.0級表的引用誤差的最大值不超過±1%。

在使用儀表和傳感器時,經常也會遇到基本誤差和附加誤差兩個概念。（5）基本誤差是指儀表在規定的標準條件下所具有的誤差。例如,儀表是在電源電壓(220±5)V、電網頻率(50±2)Hz、環境溫度(20±5)℃、濕度65%±5%的條件下標定的。如果這臺儀表在這個條件下工作,則儀表所具有的誤差為基本誤差。測量儀表的精度等級就是由基本誤差決定的。（6）附加誤差是指當儀表的使用條件偏離額定條件下出現的誤差。例如,溫度附加誤差、頻率附加誤差、電源電壓波動附加誤差等。

33三、誤差及其分類儀表精度等級是根據引用誤差來確定的。例如,33四、準確度、精密度、精度及精度等級1、準確度測量值與真值的接近程度，用絕對誤差表示，反映系統誤差大小。2、精密度指對同一量進行多次測量所得之值彼此接近和密集的程度，實際上就是重復性，反映隨機誤差，用標準偏差或均方根表示。34四、準確度、精密度、精度及精度等級1、準確度測量值與34

精確度是測量的準確度和精密度的綜合反映。精確度高意味羞系統誤差和隨機誤差都很小。精確度有時簡稱為精度。下圖形象地說明了系統誤差、隨機誤差對測量結果的影響，也說明了準確度、精密度和精確度的含意。

3、精度——精確度的簡稱四、準確度、精密度、精度及精度等級35精確度是測量的準確度和精密度的綜合反映。精確度35四、準確度、精密度、精度及精度等級4、精度等級測量儀表一般采用最大引用誤差不能超過的允許值作為劃分精度等級的尺度。精度等級用符號G表示。為統一和方便使用，國家標準GB776-76《測量指示儀表通用技術條件》規定，測量指示儀表的精度等級G分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個等級，這也是工業檢測儀器（系統）常用的精度等級。精密度和準確度等級為1.0的儀表，在使用時它的最大引用誤差不超過±1.0％，也就是說，在整個量程內它的絕對誤差最大值不會超過其量程的±1％。

36四、準確度、精密度、精度及精度等級4、精度等級36四、準確度、精密度、精度及精度等級

例:

量程為0～1000V的數字電壓表，如果其整個量程中最大絕對誤差為1.05V，則有由于0.105不是標準化精度等級值，因此該儀器需要就近套用標準化精度等級值。0.105位于0.1級和0.2級之間，盡管該值與0.1更為接近，但按選大不選小的原則該數字電壓表的精度等級G應為0.2級。

通過最大引用誤差確定儀表的精度等級37四、準確度、精密度、精度及精度等級例:量程為37

儀表精度等級的數字愈小，儀表的精度愈高。如0.5級的儀表精度優于1.0級儀表，而劣于0.2級儀表。

值得注意的是：精度等級高低僅說明該檢測儀表的引用誤差最大值的大小，它決不意味著該儀表某次實際測量中出現的具體誤差值是多少。實際測量時，精度等級并不單純由精確度決定，還需選擇合理的量程范圍。使儀表的測量限制在容許誤差內。容許誤差

容許誤差是指檢測儀器在規定使用條件下可能產生的最大誤差范圍。檢測儀器的準確度、穩定度等指標都可用容許誤差來表征。四、準確度、精密度、精度及精度等級38儀表精度等級的數字愈小，儀表的精度愈高。如0.38

［例2.1］被測電壓實際值約為21.7V，現有四種電壓表：1.5級、量程為0～30V的A表；1.5級、量程為0～50V的B表；1.0級、量程為0～50V的C表；0.2級、量程為0～360V的D表。請問選用哪種規格的電壓表進行測量所產生的測量誤差較小?[解]：根據（2-6）式，分別用四種表進行測量可能產生的最大絕對誤差如下：四、準確度、精密度、精度及精度等級39［例2.1］被測電壓實際值約為21.7V，現有四種39A表：B表：

C表：D表：

VVVV

四者比較，通常選用A表進行測量所產生的測量誤差較小。四、準確度、精密度、精度及精度等級40A表：VVVV四者比較，通常選用A表進行測量所40定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統全部操作：檢測過程：確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作1.3非電量電測裝置的組成及特性信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具：化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……41定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統全部操作41例：空調機測量控制室溫空氣被測對象：被測信息：檢測器具：操作過程：室內空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶

熱敏電阻電信號處理顯示空調機1.3非電量電測裝置的組成及特性42例：空調機測量控制室溫空氣被測對象：被測信息：檢測器具：操作421.3非電量電測裝置的組成及特性一、材料加工工藝過程中的測試實例航空壓力容器（冷氣瓶）1、端蓋3、缸體4、管接頭5、端蓋2、管接頭6、焊縫7、焊縫8、焊縫材料為：30CrMnSiA

請陳述其制造過程431.3非電量電測裝置的組成及特性一、材料加工工藝過程中的測43材料名稱：合金結構鋼牌號：30CrMnSiA標準：GB/T3077-1988●特性應用：30CrMnSiA屬中碳調質鋼，強度高，焊接性能較差。30CrMnSiA調質后有很高的強度和足夠的韌性，淬透性也好。調質后該材料做砂輪軸，齒輪，鏈輪都可以。30CrMnSiA具有良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當好。用于軸類、活塞類零配件等。用于汽車、飛機各種特殊耐磨零配件等?！窕瘜W成份：碳C：0.28～0.34硅Si：0.90～1.20錳Mn：0.80～1.10硫S：允許殘余含量≤0.025磷P：允許殘余含量≤0.025鉻Cr：0.80～1.10鎳Ni：允許殘余含量≤0.030銅Cu：允許殘余含量≤0.025●力學性能：抗拉強度σb(MPa)：≥1080(110)屈服強度σs(MPa)：≥835(85)伸長率δ5(％)：≥10斷面收縮率ψ(％)：≥45沖擊功Akv(J)：≥39沖擊韌性值αkv(J/cm2)：≥49(5)硬度：≤229HB●熱處理規范及金相組織熱處理規范：熱處理可正火、退火或高溫回火，淬火880℃，油冷；回火540℃，水冷、油冷。1.3非電量電測裝置的組成及特性44材料名稱：合金結構鋼牌號：30CrMnSiA標準441.3非電量電測裝置的組成及特性二、非電量電測的概念及特點1、概念通過儀器設備將一系列非電物理量轉換成電量，進而對電量進行測量，顯示，再根據數模轉換關系直接得到非電物理量的大小。2、特點測量速度快測量精度高，測量范圍大可進行動態測量可實現遠距離測量451.3非電量電測裝置的組成及特性二、非電量電測的概念及特點451.3非電量電測裝置的組成及特性力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調制器解調器運算器

阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導體存儲器顯示器磁卡數據處理器

頻譜分析儀

FFT

實時信號分析儀

電子計算機

被測對象

傳感器

中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實驗結果處理裝置

激發裝置

三、非電量電測系統的組成461.3非電量電測裝置的組成及特性力電阻式電橋筆式記錄儀數46四、測試裝置的特性（一）用線性微分方程描述測試裝置的特性（二）常系數線性系統最重要的特點——遵循兩個原理：疊加原理頻率不變原理（三）測試裝置的特性分類1、測試裝置的靜態特性2、測試裝置的動態特性47四、測試裝置的特性（一）用線性微分方程描述測試裝置的特性47471、測試裝置的靜態特性品質特征：線性度，靈敏度，滯后量，分辨率2、測試裝置的動態特性傳遞函數，瞬態響應，頻率響應，幅頻特性，相頻特性四、測試裝置的特性481、測試裝置的靜態特性四、測試裝置的特性4848五、測試裝置的選擇書上第25頁49五、測試裝置的選擇書上第25頁4949六、信號調節及分析1、信號分類（1）確定性信號周期信號與非周期信號（2）非確定性信號2、信號的放大及放大器3、信號的衰減、濾波、解調和調制50六、信號調節及分析1、信號分類5050五、檢測方法分類1.

直接測量（絕對測量、相對測量）間